ボルデテラ菌

百日咳は主に子供に発症する急性感染症で、周期的な経過と発作性のけいれん性の咳が特徴です。

原因菌である百日咳菌は、1900年に小児の痰の塗抹標本から初めて発見され、その後1906年にJ. BordetとO. Gengouによって純培養で分離されました。百日咳に類似するがより軽症の疾患であるパラ百日咳菌は、1937年にG. ElderingとP. Kendrickによって分離・研究され、さらに同年にはW. BradfordとB. Slavinによっても独立して分離・研究されました。まれにヒトに発生する百日咳様疾患の原因菌であるボルデテラ・ブロンキセプティカは、1911年にN. Ferryによってイヌで、1926年にブラウンによってヒトで分離されました。1984年には新種のボルデテラ・アビウムが分離されましたが、ヒトに対する病原性はまだ確立されていません。

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ボルデテラの形態

ボルデテラはベータプロテオバクテリア綱に属し、グラム陰性で、すべてのアニリン染料でよく染まります。細胞極のボルチン粒子により双極性染色が明らかになることがあります。百日咳の原因菌は、0.2～0.5 x 1.0～1.2 μmの卵形桿菌（球菌）です。パラコクリュシュナヤ桿菌は同じ形ですが、やや大きく（0.6 x 2 μm）、通常は単独で存在しますが、ペアで存在することもあります。胞子は形成せず、若い培養物や大型生物から分離された細菌には莢膜が見られます。ボルデテラは、周毛細菌であるB. bronchisepticaを除いて、不動です。DNA中のG + C含有量は61～70 mol %です。血友病菌に属します。

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ボルデテラの生化学的性質

ボルデテラは偏好気性菌で、化学有機栄養菌です。最適生育温度は35～36℃です。百日咳の原因菌である滑面S型（いわゆる第I相）は、他の2種のボルデテラとは異なり、MPBおよびMPAでは生育しません。これは、生育中に培地中に蓄積する不飽和脂肪酸、ならびに生育中に形成されるコロイド状硫黄およびその他の代謝産物によって増殖が阻害されるためです。これらの物質を中和（または吸着）するには、百日咳菌を生育させる培地にデンプン、アルブミン、木炭、またはイオン交換樹脂を添加する必要があります。この微生物は、生育培地中にプロリン、システイン、グルタミン酸の3つのアミノ酸を必要とし、その供給源はカゼインまたは豆類の加水分解物です。百日咳菌の伝統的な培養培地はボルデ・ゲンゴウ培地（血液を添加したジャガイモグリセリン寒天培地）であり、この培地では、直径約1mmの滑らかで光沢のある透明なドーム状のコロニーが形成され、真珠のような光沢を帯びたり、金属のような水銀色を呈します。このコロニーは3～4日目に成長します。もう一つの培地であるカゼイン・コール寒天（CCA）培地では、同じく3～4日目に、直径約1mmの滑らかな凸状のコロニーが形成され、灰色がかったクリーム色で粘稠な状態になります。パラ百日咳菌のコロニーは百日咳菌と外観は変わりませんが、より大きく、2～3日目に検出されます。一方、B. bronchisepticaのコロニーは1～2日目に既に検出されます。

百日咳菌の特徴は、培地組成、温度、その他の生育条件の変化に応じて、培養特性および血清学的特性が急速に変化する傾向があることです。S型（第I相）から中間体である第II相および第III相を経て、安定した粗R型（第IV相）へと移行する過程で、抗原特性は緩やかに変化し、病原性は失われます。

パラ百日咳菌、B. bronchiseptica、およびフェーズII、III、IVの百日咳菌は、MPA培地およびMPB培地上で増殖します。液体培地で増殖した場合、拡散した濁度と底部に濃厚な沈殿物が観察されます。細胞はやや大きくなり、多形性を示し、糸状になることもあります。R型および中間型では、細菌は顕著な多形性を示します。

ボルデット・ゲンゴウ培地では、すべてのボルデテラ菌がコロニーの周囲にわずかに限られた溶血帯を形成し、培地中に拡散して広がります。

ボルデテラ属細菌は炭水化物を発酵せず、インドールを生成せず、硝酸塩を亜硝酸塩に還元しません（B. bronchisepticaを除く）。パラ百日咳菌はチロシナーゼを分泌し、培地と培養液を茶色に着色する色素を形成します。

ボルデテラは複数の抗原複合体を有しています。体細胞O抗原は種特異的であり、属抗原は凝集原7です。百日咳の原因菌の主な凝集原は、属抗原7、種抗原1、そして最も頻繁に検出される型特異的な凝集原2と3です。これらの組み合わせにより、百日咳菌（Bordetella pertussis）では4つの血清型（1,2,3、1,2.0、1,0,3、1.0.0）が区別されます。

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ボルデテラの病原性因子

線毛（凝集原）、外膜タンパク質ペルタクチン（69 kDa）、および糸状ヘマグルチニン（表面タンパク質）は、病原体を呼吸器官の中間部（気管、気管支）の毛様体上皮に付着させる役割を担っています。莢膜は貪食作用から保護します。ヒアルロニダーゼ、レシチナーゼ、プラズマコアグラーゼ、アデニル酸シクラーゼがしばしば存在します。エンドトキシン（LPS）は、脂質Aと脂質Xの2種類を含みます。LPSの生物学的活性は脂質Xによって決定され、脂質Aは発熱性が低く無毒です。LPSは免疫原性（全細胞ワクチン）を有しますが、感作を引き起こします。3種類の外毒素が存在します。百日咳毒素（117 kDa）は、構造と機能がコレラ原に類似しており、ADP-リボシルトランスフェラーゼ活性（細胞アデニル酸シクラーゼ阻害系の一部である標的細胞膜タンパク質であるトランスデューシンをリボシル化する）を示し、強力な免疫原であり、リンパ球増多およびインスリン産生を増加させます。気管細胞毒素はペプチドグリカンの断片であり、発熱性、関節炎性、徐波睡眠を誘発し、IL-1産生を刺激し、それに応じて一酸化窒素（細胞傷害性因子）が合成されます。気管上皮細胞を損傷し、繊毛停止を引き起こします。熱不安定性皮膚壊死毒素は神経向性であり、血管収縮作用があり、大腸菌の細胞傷害性壊死因子1（CNF1）と相同性があります。その標的は細胞膜のRhoタンパク質です。皮膚毒素はウサギの皮内テスト（ドルドテスト）によって検出されます。

免疫

病気後は安定した生涯にわたる免疫が形成されますが、ワクチン接種後の免疫はわずか 3 ～ 5 年しか持続しません。

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百日咳の疫学

百日咳およびパラ百日咳の感染源は、典型型または潜伏型の患者であり、特に痙攣性咳嗽の発症前の時期に感染が拡大します。B. bronchiseptica による百日咳様疾患では、感染源は家畜や野生動物に及ぶ可能性があり、豚、ウサギ、犬、猫、ネズミ、モルモット、サルなどでは、動物間流行が見られる場合もあります。感染経路は空気感染です。ボルデテラは、宿主の呼吸器の毛様体上皮に特異的な親和性を持っています。あらゆる年齢層で感染する可能性がありますが、1歳から10歳までの小児が最も感染しやすいです。

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百日咳の症状

百日咳の潜伏期間は3～14日ですが、通常は5～8日です。上気道粘膜に侵入した病原体は、毛様体上皮細胞内で増殖し、その後、気管支経路を介して下部（細気管支、肺胞、小気管支）へと広がります。外毒素の作用により、粘膜上皮が壊死し、その結果、咳受容体が刺激され、延髄の咳中枢に持続的な信号の流れが生じ、そこに持続的な興奮焦点が形成されます。これにより、痙攣性の咳発作が発生します。百日咳は菌血症を伴いません。二次的な細菌叢は合併症を引き起こす可能性があります。

病気の経過中には、以下の段階が区別されます。

• カタル期は約 2 週間続き、乾いた咳を伴い、患者の状態は徐々に悪化します。
• けいれん性（痙攣性）または痙攣性の期間で、最長 4 ～ 6 週間続き、1 日に最大 20 ～ 30 回発生する制御不能な「犬吠様」咳の発作を特徴とし、非特異的な刺激（光、音、匂い、医療行為、検査など）によっても発作が誘発されることがあります。
• 治癒期には、咳の発作の頻度が減り、持続時間が短くなり、上気道の粘膜の壊死部分が気管や気管支からの「キャスト」の形で除去されることが多くなります。期間は 2 ～ 4 週間です。

百日咳の臨床検査

主な診断法は細菌学的および血清学的です。迅速診断、特に発症初期には、免疫蛍光反応が用いられます。純粋培養を分離するために、鼻咽頭粘液または痰を材料として用い、AUC培地またはボルデ・ジェンゴ培地に播種します。播種は「咳プレート」法を用いて行うこともできます。増殖した培養物は、培養特性、生化学的特性、および抗原性特性の組み合わせによって同定されます。血清学的反応（凝集反応、補体結合反応、受動血球凝集反応）は、主に百日咳の事後診断、または純粋培養が分離されていない場合に用いられます。病原体に対する抗体は発症後3週以降に出現し、1～2週間間隔で採取した血清中の抗体価の上昇によって診断が確定されます。生後2歳までの乳幼児では、血清学的反応は陰性となることが多いです。

百日咳の治療

治療には抗生物質（ゲンタマイシン、アンピシリン）が使用されますが、これらは病気のカタル期には効果がありますが、けいれん期には効果がありません。

百日咳の特異的予防

百日咳の定期予防として、小児には1ml中に200億個の不活化百日咳菌を含む沈降百日咳・ジフテリア・破傷風ワクチン（DPT）によるワクチン接種が行われます。疫学的適応症に応じて小児集団で使用される、別途製造される不活化百日咳ワクチンも、同じ成分に基づいています。この成分は反応性（神経毒性）であるため、現在、2～5種類の成分（百日咳トキソイド、糸状ヘマグルチニン、ペルタクチン、および2種類の線毛凝集原）を含む無細胞ワクチンの研究が活発に行われています。